El sensor de proteínas desarrollado por Advanced Silicon Group, fundado por exalumnas, se puede utilizar para investigación y control de calidad en biofabricación.
En las industrias biotecnológica y farmacéutica, las pruebas ELISA proporcionan un control de calidad crucial durante el desarrollo y la fabricación de fármacos. Estas pruebas pueden cuantificar con precisión los niveles de proteínas, pero también requieren horas de trabajo de técnicos capacitados y equipos especializados. Esto las hace prohibitivamente caras, incrementando el coste de los medicamentos y poniendo las pruebas de investigación fuera del alcance de muchos.
Ahora, Advanced Silicon Group (ASG), fundado por Marcie Black (promoción de 1994, máster en ingeniería de 1995, doctorado en 2003) y Bill Rever, comercializa una nueva tecnología que podría reducir drásticamente el tiempo y los costes asociados a la detección de proteínas. El sensor patentado de ASG combina nanocables de silicio con anticuerpos que se unen a diferentes proteínas para crear una medición altamente sensible de su concentración en una solución determinada.
Las pruebas pueden medir la concentración de diversas proteínas y otras moléculas a la vez, con resultados generalmente disponibles en menos de 15 minutos. Los usuarios simplemente colocan una pequeña cantidad de solución en el sensor, lo enjuagan y lo insertan en el sistema de análisis portátil de ASG.
“Estamos logrando que las pruebas de proteínas sean 15 veces más rápidas y 15 veces más económicas”, afirma Black. “Esto se refiere al desarrollo de fármacos. Esto también podría acelerar y reducir significativamente la fabricación de fármacos. Podría revolucionar la forma en que creamos fármacos en este país y en todo el mundo”.
Desde que desarrolló su sensor, el equipo de ASG ha recibido consultas de una larga lista de personas interesadas en usarlos para desarrollar nuevas terapias, ayudar a entrenar a atletas de élite y comprender las concentraciones del suelo en la agricultura, entre otras aplicaciones.
Por ahora, sin embargo, la pequeña empresa se está centrando en reducir las barreras en la atención médica vendiendo sus sensores de bajo costo a empresas que desarrollan y fabrican medicamentos.
“Actualmente, el dinero es un factor limitante en la investigación y el desarrollo de nuevos fármacos”, explica Marissa Gillis, miembro del equipo de ASG. “Agilizar y abaratar estos procesos podría aumentar drásticamente la cantidad de pruebas y desarrollo de productos biológicos. También facilita que las empresas desarrollen fármacos para enfermedades raras con mercados más reducidos”.
Una familia lejos de casa
Black creció en un pequeño pueblo de Ohio antes de llegar al MIT para obtener tres títulos en ingeniería eléctrica.
“Ir al MIT me cambió la vida”, dice Black. “Me abrió los ojos a las posibilidades de dedicarme a la ciencia y la ingeniería para hacer del mundo un lugar mejor. Además, el simple hecho de estar rodeado de tanta gente increíble me enseñó a soñar en grande”.
Para su doctorado, Black trabajó con la difunta profesora del Instituto Mildred Dresselhaus, una aclamada física y pionera de la nanotecnología, a quien Black recuerda tanto por su mentoría y compasión como por sus contribuciones a nuestra comprensión de los materiales exóticos. Black no siempre podía permitirse ir a casa en vacaciones, así que pasaba el Día de Acción de Gracias con la familia Dresselhaus.
“Millie era una persona increíble, y su familia era como una familia fuera de casa para mí”, dice Black. “Millie siguió siendo mi mentora —y he oído que lo hizo con muchos estudiantes— hasta el día de su muerte”.
Para su tesis, Black estudió las propiedades ópticas de los nanocables, lo que le enseñó sobre las nanoestructuras y la optoelectrónica que eventualmente utilizaría como parte del Grupo de Silicio Avanzado.
Tras graduarse, Black trabajó en el Laboratorio Nacional de Los Álamos antes de fundar la empresa Bandgap Engineering, que desarrolló células solares nanoestructuradas eficientes y de bajo coste. Esta tecnología fue comercializada posteriormente por otras empresas y se convirtió en objeto de una disputa de patentes. En 2015, Black creó el Grupo de Silicio Avanzado para aplicar una tecnología similar a la detección de proteínas.
Los sensores de ASG combinan enfoques conocidos para sensibilizar el silicio a las moléculas biológicas, utilizando las propiedades fotoeléctricas de los nanocables de silicio para detectar proteínas eléctricamente.
“Se trata básicamente de una célula solar que funcionalizamos con un anticuerpo específico para una proteína”, explica Black. “Cuando la proteína se acerca, trae consigo una carga eléctrica que repele los portadores de luz dentro del silicio, lo que altera la capacidad de recombinación entre el electrón y los huecos. Al observar la fotocorriente al exponerse a una solución, se puede determinar cuánta proteína está unida a la superficie y, por lo tanto, su concentración”.
ASG fue aceptada en el acelerador de empresas emergentes START.nano de MIT.nano y en el Programa de Intercambio de Empresas Emergentes de la Oficina de Relaciones Corporativas del MIT poco después de su fundación, lo que le dio al equipo de Black acceso a equipos de última generación en el MIT y la conectó con posibles inversores y socios.
Black también ha recibido un amplio apoyo del Venture Mentoring Service del MIT y ha trabajado con investigadores de los Microsystems Technology Laboratories (MTL) del MIT, donde realizó investigaciones cuando era estudiante.
«Aunque la empresa está en Lowell, [Massachusetts], voy constantemente al MIT y recibo ayuda de profesores e investigadores del MIT», dice Black.
Biodetección de impacto
Tras extensas conversaciones con profesionales de la industria farmacéutica, Black se enteró de la necesidad de una herramienta de medición de proteínas más asequible. Durante el desarrollo y la fabricación de fármacos, es necesario medir los niveles de proteínas para detectar problemas como la contaminación de las proteínas de la célula huésped, que puede ser mortal para los pacientes incluso en cantidades muy bajas.
“Desarrollar un fármaco puede costar más de mil millones de dólares”, afirma Black. “Gran parte del proceso es el bioprocesamiento, y entre el 50 % y el 80 % del mismo se dedica a purificar estas proteínas indeseadas. Este desafío hace que los fármacos sean más caros y tarden más en comercializarse”.
Desde entonces, ASG ha trabajado con investigadores para desarrollar pruebas de biomarcadores asociados con el cáncer de pulmón y la tuberculosis latente y ha recibido múltiples subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Mancomunidad de Massachusetts, incluidos fondos para desarrollar pruebas para proteínas de células huésped.
Este año, ASG anunció una asociación con Axogen para ayudar a la empresa de reparación nerviosa regenerativa a desarrollar tejido nervioso.
“Hay mucho interés en usar nuestro sensor en aplicaciones de medicina regenerativa”, dice Black. “Otro ejemplo que imaginamos es que, si estás enfermo en una zona rural de la India y no hay un médico cerca, puedes acudir a una clínica, las enfermeras pueden administrarte el sensor y hacerte pruebas de gripe, COVID-19, intoxicación alimentaria, embarazo y otras diez cosas a la vez. Los resultados llegan en 15 minutos, y luego puedes obtener lo que necesitas o contactar con un médico por teleconferencia”.
ASG actualmente produce unos 2000 sensores en chips de 8 pulgadas por línea de producción en la fundición de semiconductores de su socio. A medida que la empresa aumenta la producción, Black espera que los sensores reduzcan los costos en cada etapa, desde los desarrolladores de fármacos hasta los pacientes.
“Realmente queremos reducir las barreras para las pruebas para que todos tengan acceso a una buena atención médica”, dice Black. “Además, existen muchísimas aplicaciones para la detección de proteínas. Es donde realmente se pone en práctica la teoría en biología, agricultura y diagnóstico. Nos entusiasma colaborar con líderes en cada una de estas industrias”. MIT News. Z. W. Traducido al español
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